JP3491166B2 - 永久磁石で励磁される高回転数電気機械の回転子の製造方法 - Google Patents

永久磁石で励磁される高回転数電気機械の回転子の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，永久磁石で励磁される
高回転数電気機械の回転子の製造方法及びこの方法によ
り製造される回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】「高回転数」は，１８０００Ｕ／ｍｉｎ
以上の回転，特に１８０００ないし１２００００Ｕ／ｍ
ｉｎの回転と解されている。
【０００３】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３９４３
２３７号昭細書から分かるように，次のような特徴を持
つ，上述の使用目的のための回転子は公知である。−回
転子軸の一部分の周面に永久磁石と，これら永久磁石の
間にある非磁性材料製の充填片とが設けられており，−
これらの永久磁石及び充填片が回転子軸の軸線方向に延
びており，そして−周面で，予荷重を受けている・高強
度の材料製の包帯により被覆されている。
【０００４】回転子の製造は，包帯が電気機械の空隙に
あるように行われる。
【０００５】特に，永久磁石が包帯により回転子胴部上
に保持される，永久磁石で励磁される高回転数電気機械
において，高い周速における永久磁石の非対称的な半径
方向変位による不平衡は必ずしも確実には回避され得な
い。なぜならばプラスチツク包帯と永久磁石とから成る
複合体は遠心力の作用を受けて回転子胴部より大きく伸
びるからである。それによつて永久磁石と回転子胴部の
間に間隙が生じ，この間隙は，変りやすい不平衡を生ぜ
しめる。
【０００６】これらの欠点を回避するために，ドイツ連
邦共和国特許出願公開第３９４３２３７号明細書は，
（回転子軸の）回転子胴部の包帯側の外面を複数の切欠
きにより分割して，遠心力による拡大の際の接線方向の
荷重ができるだけ回避されるようにすることを提案して
いる。
【０００７】上述の問題を解決する別の方法がドイツ連
邦共和国特許第３２２４９０４号明細書に開示されてい
る。高残留磁気の永久磁石はその内部組織構造により保
持材料として使用され得ず，衝撃荷重及び引張荷重の影
響を受けやすいので，公知の電気機械を励磁するために
使われる永久磁石及び極間隙のための非磁性材料製の充
填片は予荷重を受けて，繊維で強化された，特に炭素繊
維で強化されたプラスチツク（ＣＦＫ）から成る包帯に
より（回転子軸の）回転子胴部上に保持され，その際，
被覆又は包帯は楔又は円錐状充填片により予荷重をかけ
られる。
【０００８】ドイツ連邦共和国特許第３２２４９０４号
明細書による技術も比較的費用がかかる（正確に製造さ
れるべきはめ合い部の大きな数，周囲にわたる荷重分布
の不均一性）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の基礎になつて
いる課題は，簡単に構成されかつ電気機械の高い回転数
でも確実に製造され得る，永久磁石で励磁される高回転
数電気機械の回転子の製造方法を提供することである。
【００１０】
【問題を解決するための手段】この目的は，永久磁石及
び充填片の共通な周面が僅かに円錐状に形成され，包帯
が，予め製造されて対応する円錐状内面を持つ構成部材
として，回転子軸に対して包帯の予荷重を加えながら，
永久磁石及び充填片を持つ回転子軸上へ軸線方向移動に
よりはめられることによつて簡単に実現され得る。
【００１１】円錐輪郭の結果としての磁束の密度分布の
僅かな差異が電気機械の運転及び確実性にさしたる影響
を及ぼさないことが確認されている。
【００１２】本発明による構成の特別な利点は，費用の
かかる楔形成及び包帯厚さの（好ましくない）増大が回
避されることに存し，この包帯厚さには，包帯が入つて
いる，電気機械の固定子と回転子の間の空隙の，電気的
に規定された最大寸法により制限が加えられている。
【００１３】従つて本発明は， 回転子の一部分の周面
に，永久磁石と，これら永久磁石の間にある非永久磁石
材料製の充填片とが設けられ， これらの永久磁石及び充
填片が，回転子軸の軸線方向に延び，かつ 周面で，高強
度の材料製の包帯により被覆され，この場合，永久磁石
及び充填片の共通な周面が，回転子軸の軸線方向に見
て，僅かに円錐状に形成され， 包帯が，予め製造されて
対応する円錐状内面を持つ構成部材として，回転子軸の
永久磁石及び充填片に対して包帯の予荷重を加えなが
ら，永久磁石及び充填片を持つ回転子軸上へ軸線方向移
動によりはめられる永久磁石で励磁される高回転数電気
機械の回転子の製造方法に関する。
【００１４】回転子軸の製造を，その限りでは特徴が一
般に通用している実施例により，以下に詳細に説明す
る。
【００１５】有利な実施例によれば，回転子軸が永久磁
石及び充填片の範囲において多角形の横断面で形成され
ており，これらの永久磁石及び充填片が付属の多角面に
それぞれ固定，例えば接着されるようにしてある。
【００１６】この場合，更に有利なのは，複数の永久磁
石を（群をなして），回転子軸の２つの対向する部分に
相並んで製造しかつ充填片をその間に配置し，永久磁石
の群が異なる極性を持つていることである。
【００１７】具体的な実施例では，回転子軸が横断面を
１２角形として形成されており，永久磁石が４つずつ相
並んでかつ相対して製造され，その結果，群をなして北
極及び南極として配置された永久磁石群の間にそれぞれ
２つの非磁性充填片が，残つている多角面に配置されて
いるようにすることができる。
【００１８】上述の実施例は，先ず回転子軸に個々の永
久磁石及び充填片を備えることを可能にし，次いで共通
な周面が，軸線方向に見て，僅かに円錐形の形状を形成
しながら旋削される。そして表面が付加的に研削され得
る。生じた円錐角はなるべく明らかに，自動拘束が起こ
る際の角度以下であるのが好ましい。
【００１９】ここにおいても，以下の図面から，一般的
に通用している詳細が明らかになる。
【００２０】充填片は銅又は軟鉄素子から成ることがで
きる。包帯のためになるべく繊維強化プラスチツクが選
ばれるのが好ましく，この場合，炭素繊維で強化された
プラスチツク，いわゆるＣＦＫ材料，が適することが実
証されている。
【００２１】上述の複合材料の使用の際の包帯の弾性係
数は軸材料及び磁石／充填片の弾性係数より明らかに低
いから，回転子に作用する予荷重が高い遠心力荷重にお
いて少なくとも一部相殺されることが防止できない。こ
れを防止するために，本発明では，回転子軸，永久磁石
及び充填片の結合範囲に弾性接着材を付けることが提案
されており，この場合，弾性充填素子は接着継ぎ目に付
加的に挿入され得る。弾性接着材は，例えばシリコーン
から成ることができ，充填素子は条片として形成されか
つプラスチツク，例えばアラマイド，から成ることがで
きる。継ぎ目の厚さは少なくとも０．２ｍｍであるのが
好ましい。
【００２２】上述の問題を除去する別の方法は，回転子
軸の表面をある程度粗くすることである。このことによ
つても，回転子の弾性は全体として高められる。１２．
５μｍ以上（なるべく１２．５ないし２５μｍ）の組さ
値Ｒａが特に有利であると分かつた。
【００２３】
【実施例】本発明のそれ以外の特徴は従属請求項の特徴
及びその他の出願資料，特に実施例の以下の説明から明
らかになる。
【００２４】図１に，同期機の回転子軸１の一部が示さ
れている。軸部分５が，隣接する軸部分より大きい直径
を持つていることが分かる。この軸部分５は，図２に示
されているように，多角形に，ここでは１２角形の形
で，形成されている。それにより形成された１２の面に
は，４つずつの群をなして相対して永久磁石２が，永久
磁石群２′，２′′が両方の磁極（南・北）を形成する
ように，配置されている。極性が互いに逆の磁石素子群
２′，２′′の間にそれぞれ２つの軟鉄素子３が配置さ
れており，これらの軟鉄素子は磁石群２′，２′′を互
いに分離する。
【００２５】永久磁石素子２及び軟鉄素子３は回転子軸
１の軸線方向に延びておりかつ多角面に接着されてい
る。回転子軸の製造の際に，永久磁石２及び軟鉄素子
（充填片）３は接着後に，回転子軸の軸線方向に僅かな
円錐角が生じ，その結果永久磁石素子２及び充填片３の
共通な表面が僅かな円錐形を示すように，一緒に旋削及
び研削される。この場合，円錐角は，自動拘束が起こる
際の角度よりはるかに小さい。こうして準備された永久
磁石２及び充填片３上に，炭素繊維を含むプラスチツク
包帯４が直接はめられる。この包帯４は予め次のように
製造されている。
【００２６】包帯４は別個に，僅かに円錐状の表面を持
つ心金に巻き付けられる。この巻付けは，包帯が周面で
ほぼ円筒状であるように行われる。その結果，包帯は，
一層小さい内径を持つ部分における方が他方の端部にお
けるより大きい厚さを持つ。
【００２７】炭素繊維が巻付けにおいて湿潤される際に
用いられる合成樹脂の硬化後に，本実施例によれば，包
帯の外面に補強条片６が，図２に示されているように，
全部で４個接着されており，これらの補強条片は回転子
軸１の軸線方向に包帯４の周囲にわたつて均一に分布さ
れて配置されている。これらの補強条片６はプラスチツ
クから，そして金属からも成ることができる。補強条片
によつて，包帯の硬化後にこの包帯は，巻き体自体にそ
れほど荷重をかけることなしに，巻付け心金から引き出
される。従つて巻き体は，この巻き体により受けとめら
れる引張力に合わせて厚さを設定され，それによつて空
隙を最小限に抑える要求を満たすことができる。
【００２８】補強条片６によつて，巻き体は，回転子軸
上の永久磁石２及び充填片３の，円錐状に研削された表
面にはめられる。この過程は図１に矢印Ｃで示されてい
る。同時に，包帯４と回転子軸１又はこの回転子軸上に
配置された永久磁石２及び充填片３の間に適当な予荷重
が得られる。
【００２９】続いて，補強条片６が取り外される。（補
強条片６を取り付けるために）熱可塑性接着剤を使用す
る場合は，これらの補強条片を（接着剤の可塑性によ
り）取り外すことができるようにするために補強条片を
加熱することで十分である。しかしこれらの補強条片を
旋削することもできる。
【００３０】包帯と回転子軸の間の予荷重は，包帯の内
径により所望の寸法に合わされ得る。その限りでは，予
荷重は，同期機の最大限生ずる回転速度に関係して調節
され得る。
【００３１】上述の回転子は経済的に製造され得るのみ
ならず，こうして製造された同期機の動作及び確実性も
著しく改善する。規定された予荷重を生ぜしめ得る可能
性の他に，軸数方向に回転子軸上にはめられる，別々に
予め製造された包帯の上述の使用には，同期機の回転子
軸１を巻付け装置の中へ入れる必要がないという利点が
ある。
【００３２】同時に包帯の厚さを最小限に抑えて，いか
なる種類の，費用のかかる楔も省ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転子軸の表面に励磁磁石を持つ同期機の回転
子の軸部分の一部を切り欠いた側面図である。
【図２】図１のＡ−Ｂ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１ 回転子軸 ２ 永久磁石 ３ 充填片 ４ 包帯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨーアヒム・ヘルト ドイツ連邦共和国オステローデ・アム・ ハールツ14・アム・シユヴアルツエンベ ルク６ (72)発明者 ノルベルト・ツエルマン ドイツ連邦共和国オステローデ・アム・ ハールツ14・フリードリヒ−エーベルト −シユトラーセ99 (56)参考文献 特開 平２−223342（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−163255（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−103749（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−122777（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−137573（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 1/27 H02K 15/03

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １・１ 回転子軸の一部分の周面に，複
    数の永久磁石（２）と，周方向においてこれら永久磁石
    の間にある非永久磁石材料製の充填片（３）とが設けら
    れ， １・２ これらの永久磁石（２）及び充填片（３）が，
    回転子軸（１）の軸線方向に延び，かつ １・３ 周面で，高強度の材料製の包帯（４）により被
    覆される， 永久磁石で励磁される高回転数電気機械の回転子の製造
    方法において， １・４ 永久磁石（２）及び充填片（３）の共通な周面
    が，回転子軸の軸線方向に見て，僅かに円錐状に形成さ
    れ， １・５ 包帯（４）が，予め製造されて対応する円錐状
    内面を持つ構成部材として，回転子軸（１）の永久磁石
    （２）及び充填片（３）に対して包帯（４）の予荷重を
    加えながら，永久磁石（２）及び充填片（３）を持つ回
    転子軸（１）上へ，軸線方向移動によりはめられること
    を特徴とする，永久磁石で励磁される高回転数電気機械
    の回転子の製造方法。
  2. 【請求項２】 回転子軸（１）が永久磁石（２）及び充
    填片（３）の範囲において多角形の横断面で形成され，
    かつ永久磁石（２）及び充填片（３）が対応する多角面
    上にそれぞれ固定されることを特徴とする，請求項１に
    記載の回転子の製造方法。
  3. 【請求項３】 永久磁石（２）及び充填片（３）が対応
    する多角面に接着されることを特徴とする，請求項２に
    記載の回転子の製造方法。
  4. 【請求項４】 複数の永久磁石（２）が，回転子軸
    （１）の２つの対応する部分に相並んで配置され，かつ
    充填片（３）がその間に配置され，永久磁石（２）の群
    （２′，２″）が異なる極性を持つことを特徴とする，
    請求項１ないし３のうち１つに記載の回転子の製造方
    法。
  5. 【請求項５】 回転子軸（１）が横断面を１２角形とし
    て形成され，永久磁石（２）が４つずつ相並んで配置さ
    れ，その間に充填片（３）が配置されることを特徴とす
    る，請求項２ないし４のうち１つに記載の回転子の製造
    方法。
  6. 【請求項６】 充填片（３）が非永久磁石材料としての
    鋼から成ることを特徴とする、請求項１ないし５のうち
    １つに記載の回転子の製造方法。
  7. 【請求項７】 充填片（３）が非永久磁石材料としての
    軟鉄素子から成ることを特徴とする、請求項１ないし５
    のうち１つに記載の回転子の製造方法。
  8. 【請求項８】 包帯（４）が繊維強化プラスチツクから
    成ることを特徴とする、請求項１ないし７のうち１つに
    記載の回転子の製造方法。
  9. 【請求項９】 包帯（４）が，炭素繊維強化プラスチツ
    クから成ることを特徴とする、請求項８に記載の回転子
    の製造方法。
  10. 【請求項１０】 包帯（４）が付着剤により回転子軸
    （１）上に固定されることを特徴とする、請求項１ない
    し９のうち１つに記載の回転子の製造方法。
  11. 【請求項１１】 永久磁石（２），充填片（３）及び回
    転子軸（１）の隣接する面部分の間に付着剤が設けられ
    ることを特徴とする、請求項１ないし１０のうち１つに
    記載の回転子の製造方法。
  12. 【請求項１２】 付着剤が弾性材料から成ることを特徴
    とする、請求項１１に記載の回転子の製造方法。
  13. 【請求項１３】 付着剤で充填された接着継ぎ目に弾性
    充填片が組み込まれることを特徴とする、請求項１１又
    は１２に記載の回転子の製造方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１ないし１３のうち１つに記載
    の方法により製造される，永久磁石で励磁される高回転
    数電気機械の回転子。
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